遗传学的建立和发展

1865年，奥地利布隆城(Brunn，现在是捷克斯洛伐克的布尔诺Brno)坎尼金修道院(Kaniginklobter)的牧师（后来升任主教和院长）孟德尔(Mendel,G.J.1822～1884)通过八年的豌豆杂交实验，发现了遗传的分离规律和自由组合（亦称独立分配）规律，即体细胞中成对的遗传因子在形成生殖细胞时相互分离，而不同对的遗传因子可以自由组合。这中间就包含了遗传因子的“颗粒性”概念。这一概念与当时流行的融合遗传概念大相径庭，因而一时不能被科学界理解和接受。孟德尔的论文《植物杂交的试验》(Versuche über pflanzen-hybriden)，在1865年宣读，1866年在《布隆自然科学研究会会刊》第4卷第3～47页上发表之后，被人忽视或遗忘达三十四年之久。直到1900年，欧洲的三位植物学家——荷兰的德弗里斯(De Vries,H.)、德国的考伦斯(Correns,C.)和奥地利的切尔马克(Tschermak-Seysenegg,E.von)，才各自独立地重新发现了孟德尔定律，引起科学界的注意和重视。因此，一般都把1900年作为遗传学的诞生之年，虽然“遗传学”这个名称到1906年才由贝特生(Bateson,W.)提出来。后来，遗传学界把1899年和1902年分别在英国和美国召开的两次杂交与杂交育种国际会议作为第一届和第二届国际遗传学会议。
遗传学的建立与其分支的发展 1903年，萨顿(Sutton,W.S.)和博维利(Boveri,T.)指出细胞核中染色体的行为与孟德尔遗传因子之间存在平行关系，因而提出染色体是遗传因子载体的假说。1909年丹麦遗传学家约翰逊(Johannsen,W. L. 1851～1927)提出“基因”(gene)这个术语来称呼孟德尔遗传因子。
1910年前后，摩尔根(Morgan,T.H. 1866～1945)及其学生从果蝇的杂交研究中总结出遗传学的第三定律——连锁与交换定律，确认了基因是在染色体上作线性排列的，并且发现了伴性遗传以及染色体与性别的关系，从此建立了一个比较完整的遗传学理论体系——以染色体学说为核心的基因论。《基因论》(The Theory ofGene)一书于1926年在纽海文出版。摩尔根由于这项重大的贡献而荣获1933年的诺贝尔生理学-医学奖。于是，遗传学由孟德尔创立的“形式遗传学”（用杂交和测交的方法从性状来分析遗传因子在世代传递中的行为）发展到“细胞遗传学”（着重研究细胞中染色体与遗传的关系）。摩尔根的学生缪勒(Müller,H.J. 1890～1967)对于促进遗传学与细胞学的相互渗透，从而建立细胞遗传学有过重大贡献。
英国统计学家高尔顿(Galton,F.1822～1911)在1883年提出“优生学”(eugenics)的概念。高尔顿于1889年发表《天赋遗传》(Natural Inheritance)一书，用统计学的观点研究连续性状（或数量性状）。1908年尼尔逊-艾尔(Nilson-Ehle,H.)提出多基因假说来解释数量性状，1910年伊斯特(East,E.N.)进一步发展了这个假说。1918年费希尔(Fisher,R.A.)、1921年赖特(Wright,S.)以及1924至1932年间霍尔登(Haldane,J. B. S.)所发表的工作，用数理统计方法研究数量性状，在本世纪二十年代至三十年代初建立了“生物统计遗传学”分支。
此外，1908年英国数学家哈迪(Hardy,G.H.)和德国医师温伯格(Weinberg,W.)各自独立提出生物群体中基因频率的平衡法则，被称为“哈迪-温伯格法则”。由此发展出了遗传学中的另一个分支学科——群体遗传学。生物统计遗传学和群体遗传学合称“数量遗传学”。
1927年，缪勒(Muller,H.J.)发现X射线能诱发基因突变，开创了放射遗传学的研究。缪勒曾由于这项贡献荣获1946年的诺贝尔生理学-医学奖。同年，英国女遗传学家奥尔巴赫(Auerbach,C.)又报道了芥子气能诱发基因突变，由此开始了化学诱变剂的研究。
从形式遗传学的表型性状水平发展到细胞遗传学，再进一步向分子水平深入，是遗传学发展的主流。早在1928年，格利菲斯(Griffith,F.)就发现了肺炎球菌的遗传转化现象。1944年，艾弗里(Avery,O.T.)及其同事证明肺炎球菌的转化因子是脱氧核糖核酸(DNA)，表明DNA是遗传的分子基础，从而拉开了分子遗传学的序幕。1953年沃森(Watson,J.D. 1928～)和克里克(Crick,F.H.C.1916～)共同提出DNA的双螺旋结构分子模型，并且利用这一模型对遗传物质的复制进行了初步解释，进一步奠定了分子遗传学的基础。沃森和克里克曾共同荣获1962年的诺贝尔生理学-医学奖。1957年，科恩伯格(Kornberg,A.)实现遗传物质DNA的人工合成，与合成核糖核酸(RNA)的奥乔亚(Ochoa,S.)共同荣获1959年的诺贝尔生理学-医学奖。
基因作用机理的发展 早在1909年英国内科医师加罗德(Garrod,A. E.)在他所著述的世界上第一本关于遗传病的专著《新陈代谢的先天错误》一书中，就指出基因在人体功能中是通过酶起作用的。1941年比德尔(Be-adle,B. G. W. 1903～)和塔特姆(Tatum,E. L.1909～1975)通过红色面包霉的研究，提出“一个基因一种酶”的假说。比德尔和塔特姆由于开创了微生物生化遗传学的研究，于1958年和莱德伯格(Lederberg,J.)共获诺贝尔生理学-医学奖。
六十年代初，克里克(Crick,F. H. C.)提出遗传信息传递的“中心法则”，指出作为基因分子基础的DNA通过转录信息核糖核酸(mRNA)之后再转译蛋白质，并且推测mRNA与蛋白质之间还存在着一个“中介物”(ada-ptor)。后来证实克里克所推测的这个中介物是转运核糖核酸(tRNA)。
组成mRNA的四种核苷酸如何决定合成蛋白质的二十种氨基酸，这就是举世瞩目的遗传密码问题，曾被比喻为大自然的“天书”或“罗塞塔石碑”——一块镌刻难以解读的古代文字的埃及石碑。1954年美籍俄裔科普作家兼理论物理学家盖莫夫(Gamow,G. 1904～)通过排列组合的计算最先提出三联体密码的假说，即认为三个核苷酸组成一个密码子决定一个氨基酸。1961年克里克(Crick,F. H. C.)通过原黄素引起T4噬菌体的移码突变证实了这一假说。同年，尼伦伯格(Nirenberg,M.W.)用人工合成特定成分的多聚核糖核苷酸作模板，进行体外合成多肽的实验，从核苷酸与氨基酸对应关系的分析，首先阐明了UUU是苯丙氨酸的密码。经过一些研究者竞赛式地发奋工作，到1966年就阐明了全部64个密码子的意义，完成了遗传密码表，解读出了大自然的“罗赛塔石碑”。这项划时代意义的工作总结在1966年纽约州冷春湾的遗传密码论文专集(Vol.31)里。由于阐明遗传密码的工作，考拉那(Khorana,H. G.)、尼伦伯格(Niren-berg,M.W.)和发现tRNA三级结构的霍利(Holley,R. W.)荣获1968年的诺贝尔生理学-医学奖〔奥乔亚(Ochoa,S.)对于阐明遗传密码也卓有贡献，他已于1959年以人工合成RNA的工作获奖〕。
随着遗传学的发展，人们对基因的性质也有了更为深入的认识。早在本世纪四十年末至五十年代初，美国的女遗传学家麦克林托克(McClintock,B. 1902～)就发现某些基因具有“跳跃”的特性，能够从染色体的某一位置跳到另一位置，甚至从一条染色体跳到另一条染色体。麦克林托克把玉米中发现的这类能自发转移的遗传基因称为“转座因子”(transposition elements)。基因具有跳跃性的概念，也曾长期没有被科学界接受。直到七十年代末期，在细菌中证实了转座子(transposon，即转座因子)的存在，麦克林托克的发现才得到公认。麦克林托克因而荣获1983年的诺贝尔生理学-医学奖。
除了基因的跳跃性之外，近年来还认识到基因的间断性和重叠性。所谓间断性是指基因的DNA序列被若干个“内含子”(intron)分隔成若干“外显子”(extron或exon)。这种基因转录成的核不均一性核糖核酸(HnRNA)，在转变为成熟的mRNA之前，内含子所转录的顺序被加工而切除。重叠性是指某一个基因的DNA序列与另一个基因的DNA序列有部分重叠。这是1973年威纳(Weiner,Q.)首先在Qβ噬菌体中发现的。
基因调控也是现代遗传学研究中的一个重要方面。当年麦克林托克(McClintock,B.)在玉米中发现的转座因子，也是一种控制因子，可以调控玉米籽粒中颜色基因的活动。这是遗传学史上首次出现的基因调控概念。1960年，克列瓦(Clever,U.)和卡尔逊(Karlson,P.)在摇蚊中发现，昆虫激素蜕皮酮能引起唾腺染色体上特定的部位产生“膨突”(puff )，表明激素能调控染色体上特定部位基因的活动。上述两项工作，开拓了基因调控研究的先声。1961年，雅各布(Jacob,F.)和莫诺 (Monod,J.)基于对大肠杆菌酶诱导现象的深入研究，提出一个完整的操纵子(operon)模型，将基因调控的研究推向深入，引起举世瞩目，影响极为深远，因而荣获1965年的诺贝尔生理学-医学奖。
1970年，特明(Temin,H.M.)、巴尔蒂摩(Baltimore,D.)和杜尔贝科(Dulbecco,R.)证实的mRNA反向转录DNA的现象，补充和发展了克里克(Crick,F.H.)提出的关于遗传信息流的中心法则，荣获1975年的诺贝尔生理学-医学奖。七十年代末桑格(Sanger,F.1918～)和吉尔伯特(Gilbert,W.)首次完成一个DNA分子(φX-174噬菌体DNA)的全部测序工作，荣获1980年的诺贝尔化学奖。
基因工程是近年来分子遗传学发展的一个新的里程碑。限制性核酸内切酶是基因工程技术极为重要的一种工具酶，阿尔伯(Arber,W.)、史密斯(Smith,H. O.)和内萨恩斯(Nathans,D.)由于发现这种酶而荣获1978年的诺贝尔生理学-医学奖。伯格(Berg,P.)首先应用这种酶进行DNA体外人工重组研究，成为基因工程技术的先导，因而与桑格等人一起获得1980年的诺贝尔化学奖。基因工程成功的首例报道是1977年博耶(Boyer,H.)将人的一种脑激素（生长激素释放的抑制因子）基因转入大肠杆菌细胞内，使后者产生人的这种脑激素。
遗传学的发展方兴未艾。癌基因(oncogene) 的研究，运用分子杂交、分子克隆和DNA重组技术研究基因的结构和功能，以及以基因调控为基础的发育遗传学，都是前景诱人的研究领域。同时，遗传学从分子水平进一步向亚分子(原子、电子)的水平发展，也将是一个必然的趋向。特别是生物大分子和分子聚集态的电子领域的研究，在较远一点的将来有可能成为遗传学研究的重要方向。